2017 Fiscal Year Annual Research Report
レーザーパルス加振と偏光高速度カメラによる透明高分子材料の非接触非破壊損傷検知
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16H04291
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| Research Institution | Shibaura Institute of Technology |
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Principal Investigator |
細矢 直基 芝浦工業大学, 工学部, 教授 (40344957)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
前田 真吾 芝浦工業大学, 工学部, 准教授 (40424808)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | レーザー誘起プラズマ / 複屈折 / 衝撃波 / 弾性波 / 透明体材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
液晶ディスプレイに使用される位相差フィルムなど，複屈折性を有する光学用の透明な高分子材料（透明体材料）の機械的性質の同定や損傷検知は，カメラなどにより製造工程において検知する手法が実用化されている．しかし，これらの手法では，実際の使用環境（気体中や液体中など）における透明体材料の機械的性質の同定や損傷検知を非接触非破壊で実現できない．
本研究では，レーザー誘起プラズマ(Laser-induced Plasma: LIP)による衝撃波を用いたレーザーパルス加振により，透明体材料に非接触非破壊で弾性波（応力波）を生成する．そして，この弾性波の伝播を偏光高速度カメラによる複屈折計測に基づき可視化する．弾性波の伝播速度やその分布などを観察することにより，実際の使用環境における透明体材料の機械的性質の同定や損傷検知を非接触非破壊で実現する．
平成29年度は，(1)透明体材料の動的弾性率の同定，(2)LIP衝撃波による金属材料への弾性波の生成及び可視化，(3)LIP衝撃波による透明体材料への弾性波の生成及び可視化，(4)透明体材料の非接触非破壊損傷検知，(5)透明体材料による水中構造物の制振，(6)ウェーブレット解析による損傷検知手法を実施し，(2)と(6)については，英文論文（オープンアクセス）として発表した．
本研究において(3)と(4)を実現するために，まず，はじめに(2)を検討した．(2)では，高出力Nd:YAGパルスレーザーを対象構造物の加振点近傍に照射することでLIPを形成し，そのプラズマが周囲に高速で膨張する際に生じた衝撃波が，対象構造物に対するインパルス加振力として作用する．本手法を用いることで，400 kHzまでの周波数成分が含まれるLamb波のA0モードを非接触非破壊で生成できることがわかった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成29年度は，(1)透明体材料の動的弾性率の同定，(2)LIP衝撃波による金属材料への弾性波の生成及び可視化，(3)LIP衝撃波による透明体材料への弾性波の生成及び可視化，(4)透明体材料の非接触非破壊損傷検知，(5)透明体材料による水中構造物の制振，(6)ウェーブレット解析による損傷検知手法の6項目について実施した．(1)については，透明体材料に伝播する波動を偏光高速度カメラで可視化し，その波動伝播を解析することで動的弾性率の推定に成功した．この動的弾性率により透明体材料の損傷などを検知できるようになる．(2)については，LIP衝撃波により弾性波を生成しこれを可視化できることを，あえて金属材料を対象として実施した．本内容は，既に英文論文（オープンアクセス）として公表された．(3)と(4)については，(2)により得られた知見を透明体材料に適用したものである．本検討により，透明体材料の表面にあるひっかき傷の検知に成功した．(5)については，透明体材料の応用範囲を拡大するために実施したものである．(6)は，ウェーブレット解析を用いることで，損傷検知の効率化を検討したものであり，既に英文論文（オープンアクセス）として公表された．したがって，本研究はおおむね順調に進展している．
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| Strategy for Future Research Activity |
気体中及び液体中における透明体材料の非接触非破壊での機械的性質の同定及び損傷検知を検討する．LIP衝撃波加振により，実際の使用環境（気体中及び液体中）にある透明体材料に非接触非破壊で弾性波を生成し，偏光高速度カメラによる複屈折計測に基づき，透明体材料に伝播する弾性波と媒質に伝播するLIP衝撃波を分離することで，透明体材料の非接触非破壊での機械的性質の同定及び損傷検知の実現する．また，本手法の適用範囲を拡大するために，半透明体材料への適用を試みる．
「現在までの進捗状況」で記載されている，(1)透明体材料の動的弾性率の同定，(3)LIP衝撃波による透明体材料への弾性波の生成及び可視化，(4)透明体材料の非接触非破壊損傷検知，(5)透明体材料による水中構造物の制振について，検討を追加することで，英文論文として公表することを目指す．
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